“新工科”背景下《有限元法原理与应用》课程开放式教学模式探究

杨帆 刘百来 凤涛

【摘   要】  《有限元法原理与应用》是工程类研究生一门重要的专业课，使学生理解有限元法并提高学生建模和分析的能力。文章以“新工科”背景下培养创新型人才为目标，针对课程目前的现状和存在的问题，提出开放式教学模式。通过课堂教学实践，验证开放式教学模式对培养满足新工科建设要求的综合性工程专业人才具有重要意义。

【关键词】  新工科;工程专业;研究生培养;有限元法原理与应用

“新工科”建设强调工程教育教学改革要适应未来产业发展，培养有创新创业、动态适应能力的交叉复合型人才。“新工科”的提出为工程教育的理论和实践探索提供了一个全新的视角，为工程专业人才培养提供了一个新机遇。

《有限元法原理与应用》作为工程类专业研究生的一门专业课程，主要讲授有限元的原理及计算机建模与分析等方面的基本理论与方法。如何培养符合“新工科”要求的高素质创新型人才，成为当前教育改革急需解决的问题。要提高它的教学质量，必须转变教学方法，建立知识传授、能力培养与素质提高三位一体全面发展的教育理念。

一、有限元法原理与应用课程的现状及存在问题

1.课程难度大，涵盖内容多，课时少。《有限元法原理及应用》涉及教学内容包括：弹性力学、变分原理、解线性方程组的基础理论，以及ANSYS程序在具体问题中的应用等。可以看出该课程教学内容多、涉及知识面广、理论性和实践性强，导致该课程教学难度大，但课时又偏少。

2.授课方式大多是以课堂讲授为主。目前教学模式还是以教师主导、学生被动学习的“填鸭式”教学为主，弱化学生自身的思考和动手能力，不能全面启发学生的思维和提高学生解决问题的能力，难以培养出动手能力强并具有创新能力的土木工程专业人才。

3.教学实践环节薄弱。学生实践能力不强，缺乏将所学知识运用到实际工作中的能力。有限元课程的学习仅限于基础模型的建立，没有与本专业的专业知识相结合，不利于学生后期科研能力的培养。

4.考核方式片面。对学生的考核还停留在期末考试，大多是纸上谈兵，注重考查理论知识。本课程的特点是为了提高研究生的建模能力和分析问题的能力，这样的考试导致学生创新能力下降，不利于学生综合能力的培养。

二、基于新工科背景的课程改革实践

教学模式作为一个开放的和不断更新的动态系统，是在一定环境下展开的教学活动进程的结构形式。教学模式涉及到教学理论、目标、策略、方法、评价、支持条件的有机整合。各要素既有区别，又相互蕴含。针对目前《有限元法原理及应用》教学存在的现实问题，结合课程的特点，使学生高效掌握知识，学习如何查阅文献以及思考问题的方法。鉴于此，本项目基于新工科背景进行教育教学改革的举措如下：

1.教学内容开放性。《有限元法原理及应用》课程的特点是教学内容繁多，由于课时的限制，不能只围绕教材展开教学，根据专业要求的不同筛选教学内容，分教师主讲内容、学生自学内容、学生主讲内容、师生探讨内容等不同的模块。当然要注重教学内容的基础性和前沿性，教学与科研成果相结合。

2.教学方式开放性。开放式、混合式的教学模式不同于传统的教学模式，教育教学从以教师为中心向以学生为中心转变，以提高学生的综合素质能力为主要方向，将学术探讨贯穿于整个教学过程中。学生充分利用在线学习资源，基础的知识可以在线上进行学习，然后在课堂进行讨论。

3.教学实践开放性。《有限元法原理及应用》课程注重学生建模能力的培养，给不同专业的学生不同的课题，结合本专业的特点进行教学实践，分组建立模型，培养学生的团队意识和提高研究生解决问题的能力。

4.考核方法开放性。考核方法采用书面考试、有限元建模、课堂提问等环节组成，利用不同的环节综合评价学生的学习效果。

三、总结

《有限元法原理及应用》课程是不断发展和动态变化的，为了适应发展的新要求，需要对课程内容不断更新。基于“新工科”背景下，人才培养应该从教学理念上真正突出创新，注重培养研究生的科研能力与本专业的学科前沿相结合，使教学改革与实践真正服务于专业人才的培养，实现提高研究生能力的目的。

【参考文献】

[1]陈娟，肖宗志.文科硕士研究生专业课开放式教学模式探讨[J].中国电力教育，2009（133）：55-56.

[2]沈嶸枫，纪敏，谢诗妍，周新年，张正雄，郑丽凤，巫志龙，周成军. 新工科背景下“人工智能+林业机械”研究生课程教学改革[J].高等教育，2018（11）：135-137.

【教改项目：西安工业大学研究生教育教学改革研究项目（XAGDYJ190220）】